專利名稱：基于形狀記憶聚合物的可充氣展開機(jī)翼蒙皮的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種可展開機(jī)翼蒙皮的制造方法。
背景技術(shù)：
美國(guó)于上世紀(jì)五十年代最先開始研究可充氣飛機(jī)。目前，已經(jīng)出現(xiàn)了充氣滑翔機(jī)、 充氣無(wú)人偵察機(jī)、后緣充氣增升機(jī)等新式結(jié)構(gòu)的飛機(jī)。充氣飛機(jī)可用作單兵偵察系統(tǒng)，如榴 彈發(fā)射的無(wú)人偵察機(jī)，也可用于軍用運(yùn)輸機(jī)大量投放的偵察機(jī)。充氣飛機(jī)是一種新型飛行 器，與傳統(tǒng)飛機(jī)相比，可充氣飛機(jī)具有以下四大優(yōu)點(diǎn)體積小、重量小、發(fā)射方便、隱身性能 好、防彈性能好?，F(xiàn)有充氣可展開機(jī)翼上的蒙皮在展開變形前后，蒙皮均為柔性材質(zhì)，剛度 不變，在保證足夠的強(qiáng)度和剛度的條件下，希望盡可能低地降低充氣壓力，以減小機(jī)翼破損 的風(fēng)險(xiǎn)，降低充氣系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)的重量及氣體的泄漏速率。然而，過(guò)分的降低氣壓又會(huì)減小機(jī) 翼的剛度，增大飛行過(guò)程中的風(fēng)載變形，降低飛行穩(wěn)定性。近幾年來(lái)，智能材料的迅猛發(fā)展 為可變剛度機(jī)翼提供可廣闊的發(fā)展空間。其中，形狀記憶聚合物性能獨(dú)特，當(dāng)對(duì)其加熱至材 料相變溫度時(shí)，形狀記憶聚合物模量大幅度下降，并開始展現(xiàn)形狀記憶效應(yīng)?；诖朔N材料 制成的可變剛度機(jī)翼，可在操作前后控制自身的模量。機(jī)翼充氣變形前，機(jī)翼模量降低，利 于機(jī)翼的充氣可展開變形。變形之后，機(jī)翼自身模量上升，機(jī)翼的強(qiáng)度與剛度增大，輔助機(jī) 翼承受飛行中產(chǎn)生的氣動(dòng)載荷，提高飛行的穩(wěn)定性與可靠性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為解決現(xiàn)有充氣可展開機(jī)翼上的蒙皮在展開變形前后均為柔性 材質(zhì)，機(jī)翼內(nèi)部沖氣壓力太小，不能滿足充氣飛機(jī)飛行所需要的強(qiáng)度與剛度或者沖氣壓力 太大，機(jī)翼易于破損和漏氣的問(wèn)題，提供一種基于形狀記憶聚合物的可充氣展開機(jī)翼蒙皮 的制造方法。本發(fā)明的方法是通過(guò)以下步驟實(shí)現(xiàn)的一、設(shè)計(jì)模具按上蒙皮或下蒙皮的形狀 設(shè)計(jì)模具；二、配制形狀記憶聚合物材料將高分子聚合物和固化劑按28 (1 5)的質(zhì)量 比配成形狀記憶聚合物材料；三、涂敷纖維增強(qiáng)材料形狀記憶聚合物材料與纖維增強(qiáng)材 料按(0.67 99) 1的質(zhì)量比稱取，將形狀記憶聚合物材料涂敷在纖維增強(qiáng)材料的上、下 面上；四、灌模將上、下面涂敷有形狀記憶聚合物材料的纖維增強(qiáng)材料置于模具內(nèi)，再用 步驟三剩余的形狀記憶聚合物材料將模具內(nèi)的空隙灌滿；五、固化將模具放置在加熱箱 內(nèi)加熱，加熱溫度為70 80°C，加熱時(shí)間為16 24小時(shí)；六、脫模從加熱箱中取出模具， 脫模后即得到纖維增強(qiáng)形狀記憶聚合物的上蒙皮或下蒙皮。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)一、本發(fā)明由形狀記憶聚合物材料制成的蒙皮，用在充氣可展開機(jī) 翼上，使得機(jī)翼在使用前為軟體狀態(tài)(即卷縮)，在使用時(shí)為硬體狀態(tài)(即展開后的形狀不 變)，使用后為軟體狀態(tài)(即卷縮)；由于機(jī)翼在使用時(shí)為硬體狀態(tài)，因此，機(jī)翼能滿足飛機(jī) 飛行所需要的強(qiáng)度與剛度，且不受內(nèi)部沖壓大小的限制，避免了機(jī)翼破損和漏氣。二、本發(fā) 明具有強(qiáng)度高、模量高、重量輕、展開過(guò)程平緩、對(duì)飛機(jī)無(wú)沖擊、展開控制能力強(qiáng)、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、
3展開可靠性高等特點(diǎn)，從而減小了飛機(jī)飛行的質(zhì)量負(fù)擔(dān)，提高了飛機(jī)飛行的穩(wěn)定性與可靠 性。三、本發(fā)明機(jī)翼的制作方法簡(jiǎn)單。
具體實(shí)施例方式具體實(shí)施方式
一本實(shí)施方式是通過(guò)以下步驟實(shí)現(xiàn)的一、設(shè)計(jì)模具按上蒙皮 或下蒙皮的形狀設(shè)計(jì)模具；二、配制形狀記憶聚合物材料將高分子聚合物和固化劑按 28 (1 5)的質(zhì)量比配成形狀記憶聚合物材料；三、涂敷纖維增強(qiáng)材料形狀記憶聚合物 材料與纖維增強(qiáng)材料按(0. 67 99) 1的質(zhì)量比稱取，將形狀記憶聚合物材料涂敷在纖 維增強(qiáng)材料的上、下面上；四、灌模將上、下面涂敷有形狀記憶聚合物材料的纖維增強(qiáng)材 料置于模具內(nèi)，再用步驟三剩余的形狀記憶聚合物材料將模具內(nèi)的空隙灌滿；五、固化將 模具放置在加熱箱內(nèi)加熱，加熱溫度為70 80°C，加熱時(shí)間為16 24小時(shí)；六、脫模從 加熱箱中取出模具，脫模后即得到纖維增強(qiáng)形狀記憶聚合物的上蒙皮或下蒙皮。上蒙皮與 下蒙皮的形狀相同。上蒙皮和下蒙皮的外輪廓應(yīng)符合國(guó)際機(jī)翼翼型NACA0020的標(biāo)準(zhǔn)。組 裝機(jī)翼時(shí)，將上蒙皮或下蒙皮對(duì)稱扣合，并將鏈接成的數(shù)個(gè)封閉氣囊置于上蒙皮和下蒙皮 內(nèi)后即成為充氣可展開機(jī)翼；每個(gè)封閉氣囊通過(guò)導(dǎo)氣管與充氣設(shè)備連接，用以向封閉氣囊 中充氣。對(duì)充氣可展開機(jī)翼進(jìn)行加熱可采用電阻絲電加熱或熱蒸汽加熱若采用電阻絲電 加熱，可將上蒙皮和下蒙皮的內(nèi)表面粘貼電阻加熱膜；若采用熱蒸汽加熱，可在機(jī)翼變形時(shí) 氣囊內(nèi)部充以熱蒸汽，靠熱蒸汽的溫度提高形狀記憶聚合物的溫度。采用形狀記憶聚合物 制成的蒙皮可使機(jī)翼在使用前可以卷縮，即蒙皮為軟體狀態(tài)；在使用時(shí)，機(jī)翼蒙皮可以保持 展開后的形狀不變，即蒙皮為硬體狀態(tài)；使用后機(jī)翼蒙皮仍可恢復(fù)軟體狀態(tài)并卷縮為使用 前狀態(tài)。當(dāng)采用形狀記憶聚合物制成的蒙皮溫度高于其相變溫度時(shí)，材料模量大幅度下降， 其顯示出的形狀記憶效應(yīng)可以輔助機(jī)翼的迅速展開變形。當(dāng)溫度低于相變溫度時(shí)，材料的 模量大幅度上升。與傳統(tǒng)充氣結(jié)構(gòu)相比，形狀記憶聚合物材料在常溫下的高模量狀態(tài)可以 增加機(jī)翼的剛度，減小風(fēng)載作用下機(jī)翼的變形，提高飛行的穩(wěn)定性與可靠性。
具體實(shí)施方式
二 本實(shí)施方式的步驟二中的高分子聚合物為苯乙烯、聚氨酯樹脂、 異氰酸酯或環(huán)氧樹脂。上述材料的粒徑小于lOOnm，且粒徑均勻，上述材料的粒子中含有適 當(dāng)?shù)挠H水基團(tuán)，在成膜過(guò)程中，隨著水分的揮發(fā)，被少量固化劑融合，形成優(yōu)質(zhì)涂膜，涂膜的 分子結(jié)構(gòu)非常緊密，結(jié)構(gòu)中具有軟鏈段，能保持材料的韌性，同時(shí)，較小的粒徑可在較低的 溫度條件下成膜。上述材料還具有很高的力學(xué)強(qiáng)度和很好的耐水性。其它步驟與具體實(shí)施 方式一相同。
具體實(shí)施方式
三本實(shí)施方式的步驟三中的纖維增強(qiáng)材料為石墨纖維、碳纖維、玻 璃纖維、硼纖維、炭黑、石墨粉或碳納米管。上述材料具有比重小、強(qiáng)度高、模量高、耐腐蝕等 特點(diǎn)。其它步驟與具體實(shí)施方式
一相同。充氣機(jī)翼的展開過(guò)程使用前，對(duì)機(jī)翼的上蒙皮和下蒙皮加熱，上蒙皮和下蒙皮開 始變軟，可將機(jī)翼壓縮折彎，并卷在飛機(jī)機(jī)身的表面，停止加熱后，機(jī)翼變硬保持形狀；使用 時(shí)，對(duì)機(jī)翼的上蒙皮和下蒙皮再次加熱，當(dāng)形狀記憶聚合物溫度超過(guò)相變溫度時(shí)，對(duì)上蒙皮 和下蒙皮內(nèi)部的氣囊進(jìn)行充氣，隨著蒙皮內(nèi)部氣壓的增大，機(jī)翼開始變形，機(jī)翼由卷曲形向 平直形變形的同時(shí)機(jī)翼的厚度方向也在變形(脹開)；當(dāng)停止加熱，溫度降至形狀記憶聚合 物相變溫度以下時(shí)，蒙皮變硬，機(jī)翼保持展開后的形狀不變；若要恢復(fù)機(jī)翼的初始形狀只需重新給機(jī)翼加熱，使機(jī)翼的溫度升高至形狀記憶聚合物轉(zhuǎn)變溫度以上，同時(shí)放出氣囊內(nèi)部 的氣體,靠外力在平面內(nèi)壓縮機(jī)翼并將其卷在飛機(jī)機(jī)身的表面上；停止加熱，溫度降至形狀 記憶聚合物轉(zhuǎn)變溫度以下時(shí)，機(jī)翼保持初始狀態(tài)。
權(quán)利要求
一種基于形狀記憶聚合物的可充氣展開機(jī)翼蒙皮的制造方法，其特征在于所述方法通過(guò)以下步驟實(shí)現(xiàn)一、設(shè)計(jì)模具按上蒙皮或下蒙皮的形狀設(shè)計(jì)模具；二、配制形狀記憶聚合物材料∶將高分子聚合物和固化劑按28∶(1～5)的質(zhì)量比配成形狀記憶聚合物材料；三、涂敷纖維增強(qiáng)材料∶形狀記憶聚合物材料與纖維增強(qiáng)材料按(0.67～99)∶1的質(zhì)量比稱取，將形狀記憶聚合物材料涂敷在纖維增強(qiáng)材料的上、下面上；四、灌模將上、下面涂敷有形狀記憶聚合物材料的纖維增強(qiáng)材料置于模具內(nèi)，再用步驟三剩余的形狀記憶聚合物材料將模具內(nèi)的空隙灌滿；五、固化將模具放置在加熱箱內(nèi)加熱，加熱溫度為70～80℃，加熱時(shí)間為16～24小時(shí)；六、脫模從加熱箱中取出模具，脫模后即得到纖維增強(qiáng)形狀記憶聚合物的上蒙皮或下蒙皮。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于形狀記憶聚合物的可充氣展開機(jī)翼蒙皮的制造方法，其 特征在于所述步驟二中的高分子聚合物為苯乙烯、聚氨酯樹脂、異氰酸酯或環(huán)氧樹脂。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于形狀記憶聚合物的可充氣展開機(jī)翼蒙皮的制造方法，其 特征在于所述步驟三中的纖維增強(qiáng)材料為石墨纖維、碳纖維、玻璃纖維、硼纖維、炭黑、石 墨粉或碳納米管。
全文摘要
基于形狀記憶聚合物的可充氣展開機(jī)翼蒙皮的制造方法，本發(fā)明涉及一種可展開機(jī)翼蒙皮的制造方法。本發(fā)明是為解決現(xiàn)有充氣可展開機(jī)翼上的蒙皮在展開變形前后均為柔性材質(zhì)，機(jī)翼內(nèi)部沖壓小不能滿足飛機(jī)飛行所需要的強(qiáng)度與剛度；沖壓大機(jī)翼易于破損和漏氣的問(wèn)題。方法一、設(shè)計(jì)模具；二、配制形狀記憶聚合物材料；三、將形狀記憶聚合物材料涂敷在纖維增強(qiáng)材料的上、下面上；四、將涂敷有形狀記憶聚合物材料的纖維增強(qiáng)材料置于模具內(nèi)；五、將模具放置在加熱箱內(nèi)加熱，加熱溫度為70～80℃，加熱時(shí)間為16～24小時(shí)；六、脫模從加熱箱中取出模具，脫模后即得到纖維增強(qiáng)形狀記憶聚合物的上蒙皮或下蒙皮。本發(fā)明用于充氣展開機(jī)翼蒙皮的制造。
文檔編號(hào)B29C70/42GK101797805SQ20101030102
公開日2010年8月11日 申請(qǐng)日期2010年2月1日 優(yōu)先權(quán)日2010年2月1日
發(fā)明者于凱, 冷勁松, 劉彥菊 申請(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)